具备学习功能的电动按摩椅控制系统的研制
吴永明，罗海据
(广东工业大学机电工程学院，广州510090)
摘要：为了提高电动按摩椅的操作便利性和安全性，研究了按摩椅控制系统。在硬件上采用互锁电路，保证了电路系统的安全性；在软件上实现了按响应时间分类的电机控制系统，提供自动按摩和个性化按摩等模式，并通过保存和复原用户设定的个性化按摩模式，实现按摩椅的学习功能。利用Petri网对该控制系统进行建模和分析，以保证所要实现的功能之间没有死锁和冲突。该控制系统已经用于上市的产品中，获得了用户的好评。
关键词：电动按摩椅；控制系统；学习功能；Petri网
中国分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)04—0038—04
0引言
随着我国经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高，电动按摩椅越来越受到大众的欢迎。目前，在电动按摩椅市场上，进口、合资以及国产产品并存。相对而言，进口产品功能强大、按摩方式丰富、外观优美，但同时其价格也非常昂贵。而国内产品功能较简单，产品知名度也相对较低，但是其价格比较低廉。
为了提高电动按摩椅在市场上的竞争能力，本文研究出一套自主研发的中档电动按摩椅的控制系统。该控制系统能完成一般电动按摩椅的自动按摩模式和定点按摩模式，并增加学习功能以实现和保存用户个性化自动按摩模式。
本文先介绍学习功能的概念，再论述控制系统的硬件系统和软件系统，然后再结合硬件系统和软件系统介绍学习功能的实现。
1学习功能说明
按摩椅的自动按摩模式实际上是按时间顺序对揉捏、捶打、推拿这三个电动机模块接口的设置集合，它固化在程序里，用户不能改变它们；定点按摩模式是用户按自己的意愿选择按摩手法。
由于每个人的生理特点，如身体结构、身高体重等是不一样的，对于按摩手法、力度等的感受就不一样，自动按摩模式很难满足所有用户的需要。而定点按摩模式要求用户每次都要选择按摩手法，略显麻烦。如果按摩椅能够“学习”用户的按摩手法，形成一套个性化的按摩流程并保存下来，提供给用户在以后使用，既有自动按摩模式的方便又有定点按摩模式的舒服，无疑会提高用户的满意度，提高产品的市场竞争能力。
实现学习功能的技术路线是：在用户选择个性化自动按摩功能设定时，系统按时间顺序依次将用户的按键消息保存下来；当用户选择个性化自动按摩模式进行按摩时，系统按时间顺序依次模拟发射这些消息，复原这些操作和控制。其中系统还增加了对这些消息的删除、调整等功能，提高操作界面的友好性。
2硬件系统的设计
2．1硬件系统的组成
控制系统主要包括了Mcu、电源模块、I2c接口的E2PROM、液晶屏、无线遥控模块、键盘输入手控板、直流电动机驱动电路等。Mcu采用PIC16F77单片机，这种单片机具有成本低、功能丰富、抗干扰能力强等优势而广泛用于电动机控制系统。E2PROM用来保存用户输入的信息，并且PICl6F74单片机内部集成了I2c和SPI电路，接口方便。
直流电动机由MOsFET管构成桥式电路驱动，实现正反转。而MOsFET采用IR2110来驱动，该电路成熟稳定[2]，应用在本产品上比较合适，如图1所示。
2．2硬件系统的工作原理
控制系统首先完成硬件软件的初始化，然后扫描键盘的输入，根据键码设定的模块接口，完成各种功能。软件设定了各个电动机的连续运行时间不得超过15 min，即使用户忘记关闭按摩椅，系统也能将按摩椅关闭以保安全。
直流电动机用PWM进行驱动。用单片机的一个时间定时器产生一个单位脉宽，然后用多个计数器来对这个脉宽进行计数，分别产生多个PWM驱动多个电动机。通过改变计数器的范围而改变PWM的脉宽，实现电动机的调速。由图1可知，脉冲从LEFT输入时，Q2和Q3截止，Q1和Q4导通，实现正转；脉冲从RIGt佃输入时，Ql和Q4截止，Q2和Q3导通，实现反转。
2．3硬件系统的安全措施
在驱动大功率直流电动机时，器件的安全性很重要，对于IR2110驱动电路的保护措施，很多文献已经 |
